梭式爆破保护装置结构优化设计

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近年来，为了防止在长距离输送管道中发生爆破泄漏事故 ，提出了-种非能动的梭式爆破保护装置。目前已可靠运行在大港油田、新疆克拉玛依油田等部分 DN200以下的管道中。它可预先设定-个爆破保护值，达到此值时能快速关闭而制止泄漏事故进- 步发生I。

2梭式爆破保护装置的结构特点与工作原理梭式爆破保护装置是用于管道运输中管道突然爆破，保护装置突然关闭实现流体断开，阻止泄露事故进-步发生的-种装置。它主要利用管道爆破瞬间流速突变，引起其两端压差突变，实现流体快速切断。

1.缓冲器 2.阀体 3.阀芯 4.液压孔 5.调节器图 1梭式爆破保护装置结构示意图Fig.1 The Structure Diagram of Shuttle-TypeRupturing Protection Devices来稿 日期：2012-10-10基金项目：四川势技厅应用基础研究资助项目(2012JY0050)作者简介：莫才友，(1985-)，重庆万州人，在读硕士研究生，主要研究方向：液压系统设计与控制的研究工作；朱建公，(1962-)，陕西富平人，男，教授，硕士生导师，主要研究方向：流体传动与控制方向教学与研究No.8Aug.2013 机 械 设 计 与制 造 22l气蚀和水击等现象。

根据对阀芯优化后的模型分析，得出合理的阀芯设计有利于减小水击，减小流体能量损耗；但梭式爆破保护装置阀芯四周还有较大的漩涡，对管道系统也会产生冲击，引起振动和噪声。因此，合理的流道设计对梭式爆破保护装置的结构设计是很有必要的。

4.3流道与阀芯优化后的仿真结果分析(1)流道与阀芯优化后速度矢量图，如图 6所示。由图 6可知，在流道与阀芯优化后 ，流场速度分布完全轴流对称，最大流速为 13.26m/s；流速分布均匀，主要以层流为主，整个流场漩涡区域明显减小，不容易产生气穴现象，流体的湍动得到明显改善，使能量损耗的得到进-步减少。

图6流道与阀芯优化后速度矢量图Fig，6 Port and the Valve Core Optimized Velocity Vector Diagram(2)流道与阀芯优化后压力云图，如图7所示。由图 7可知，流道与阀芯优化后的流场压力呈轴对称分布 ，最大压力为134750Pa，最小负压值为-70525Pa，阀口最小负压值 明显减小 ，使阀芯在关闭过程中移动更加平稳，流场流动状态更加稳定。

图7流道与阀芯优化后压力云图Fig.7 Port and the Valve Core Optimized Pressure.Cloud Diagram根据对阀芯与流道优化后的模型分析，得出合理的流道与阀芯设计对梭式爆破保护装置在管道系统的运行情况起着举足轻重的作用，特别是流体在阀中的流动情况。在流道与阀芯优化后的最小负压值与最大流速值都最小，湍动能和湍动能耗散率最小，所以流体的压力损失最小，具有良好的工作性能。

4.4压力曲线图对比分析2- 1.41.21 1.05 1.1 1.15 1.2时间 t(s)图8节点压力变化曲线Fig.8 Node Stress Change Curve如图8所示，建立了梭式爆破保护装置初始模型 、阀芯优化后的模型、流道阀芯优化后的模型在正常工作 1s后爆破，阀门关闭过程的压力曲线图。从图 7中可知，梭式爆破保护装置从爆破响应开始至阀门完全关闭只持续了O.18s；随着模型的不断优化，流体压力不断降低，湍动能和湍动能耗散率减小，流体能量损失减少，流体对管道系统产生的振动和噪声明显降低，增加了梭式爆破保护装置的安全性，延长了管道系统的使用寿命。

4.5综合分析(1)当 TI.05s时，阀体内的压力值最大；通过不同程度的优化数值仿真分析，阀芯与流道优化后的模型最大压力值和最大流速都最低，流体湍动最小与能量损耗最低。(2)梭式爆破保护装置在正常工作至爆破关闭过程中，其压力和速度分布都是轴流对称的，阀芯受力呈轴对称分布，使阀芯在关闭过程中移动平稳 ，削弱了水击对管道系统的破坏，提高了管道运输的稳定性与安全性，延长了梭式爆破保护装置的使用寿命。

5结论对初始模型、阀芯优化后模型、流道阀芯优化后模型内的流厨行流固耦合仿真计算，并加以对比分析，验证了在相同初始条件下，流道和阀芯优化后的模型在爆破关闭过程中阀芯受力平衡，压力分布对称，流速分布均匀，最大压力与最大流速最小等优点。为梭式爆破保护装置的结构优化设计提供了-定的数据参考，有利于梭式爆破保护装置的进-步研究。